城市植物多样性空间格局及其景观多尺度筛选机制

Urbanization is one of the major causes for plant biodiversity loss at regional scale. There are several hypotheses, such as the luxury effect, legacy effect, habitat heterogeneity, etc., to explain the underlying mechanisms on how urbanization influences plant biodiversity. However, all these hypotheses were proposed to explain the underlying mechanism in single perspective. Their generality and applicability, particular to Chinese cities, are still need to be tested. To date, there is yet lack of synthetic mechanism to explain the spatio-temporal patterns of urban plant diversity. In this project, we proposed a novel hypothesis of landscape filtering on urban plant biodiversity, that is, urban landscape is consist of various diverse landscape functional units, each unit is integrative of socioeconomic factors, habitats and land use histories, the spatial heterogeneity and dynamics of these landscape functional units decided the spatiotemporal patterns of urban plant diversity. To test our hypothesis, we first investigate urban plant species richness and their spatial patterns across the entire Shanghai metropolitan region as a case study, then socioeconomic factors, land use/cover types, habitats conditions, land use histories, soil types and their physical and chemical conditions will be investigated using remotely sensed images classification, spatial interpolation, questionnaire, Whittaker sample plot, etc., to categorize and formulate urban landscape functional units, and further to test the landscape filtering hypothesis and lastly to relate urban plant diversity to landscape functional unit at multiple scales.

城市化是导致区域尺度上植物多样性丧失的主要原因之一。城市化影响植物多样性的机制有奢侈效应、遗产效应、生境异质性等多种假说，但各假说仅从某个侧面来阐述，缺乏综合的解释机理，其通用性，尤其是对中国城市是否适用，有待验证。本研究以上海市为例，在探讨城市植物多样性空间格局的基础上，对上述假说进行验证，并提出景观筛选假说，即城市是由多样化的系列城市景观功能单元组成，景观功能单元集社会经济、土地利用历史、生境条件等于一体，景观功能单元的格局及其动态决定了植物物种多样性的时空格局。本研究将利用长时间序列和多空间分辨率的遥感数据和气象数据，通过遥感反演、GIS空间插值、实地调查及问卷调查等方法，获取城市地区植物物种的时空分布，以及社会经济、土地利用历史、景观类型及其环境要素等信息，对假说进行验证，并探讨多尺度水平上城市景观功能单元的时空格局动态与植物物种多样性的关系。

本研究探讨了植物和微生物多样性与城市化及生态环境和社会经济要素之间的关系。检验奢侈假说、遗产假说等在中国城市的实用性。研究结果表明，第一，城-乡梯度上植物多样性的空间格局存在6种空间分布模式；本地植物物种丰富度与城市化程度无显著关系；所有植物、木本植物和多年生草本植物的丰富度与城市化程度呈显著正相关，而一年生草本植物的丰度、香农-维纳多样性和Heip均匀度均与城市化水平呈负相关；城市化会显著影响上海的植物多样性。第二，社会经济因素会影响城市居住区的植物多样性，人口密度、房价、房龄和绿化率对不同分类群的物种多样性的影响各异，其中房龄对大多数分类群的影响效果最大，其次是人口密度、绿化率和房价。本研究证明 “奢侈效应”和“遗产效应”假说在上海城市居住区只适用于一部分植物类群。第三，城市化程度的提高与原核生物、总真菌和丛枝菌根真菌的微同质化群落有关，但与外生菌根真菌无关；土壤原核生物和总真菌的丰富度与城市化程度呈弱正相关；对于城市梯度上微生物种类的丰度，城市化解释了微生物丰富度和群落组成差异的独立部分，土壤性质在解释差异方面的贡献通常大于城市化。第四，城市化强烈改变了微生物网络的拓扑特征；土壤性质（特别是土壤pH值和有机碳）是形成微生物网络拓扑特征的主要因素，但城市化仍然独特地解释了一定比例的可变性，特别是描述网络连接的可变性。. 我们的研究结果可以为理解城市化对植物和微生物多样性的影响机制以及城市地区植物多样性保护提供见解，也可为上海的城市植物多样性的维持、保护、管理以及城市和景观规划提供参考。